本文關鍵詞：基于分層滑模的橋式起重機防擺控制研究　出處：《東北大學》2014年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 橋式起重機 位移控制 防擺控制 PID控制 分層滑模

【摘要】：起重機作為一種現(xiàn)代搬運機械,以其方便快捷、省時省力、占地面積小等優(yōu)點,廣泛應用于現(xiàn)代廠房、建筑工地、現(xiàn)代化倉庫、集裝箱貨場等國民生產(chǎn)的各個領域。在工作過程中,起重機是以柔性繩索與負載連接,隨著起重機運作狀態(tài)的改變,負載會由于小車或大車的加減速的影響而來回擺動,這會嚴重影響生產(chǎn)效率,且負載擺動給高空作業(yè)工人帶來了安全隱患。防擺控制的研究具有重要意義。本文從幾個方面對起重機防擺系統(tǒng)進行了控制器的研究與設計。首先,本文對橋式起重機的工作原理、工作性質和拉格朗日動力學建模機制進行了研究分析,由于拉格朗日動力學建模廣泛應用于橋式起重機這類欠驅動非線性系統(tǒng)上,因此對橋式起重機進行了拉格朗日三維動力學建模；針對實際操作規(guī)律,提出了橋式起重機模型線性化的規(guī)則,并對得到的模型進行仿真,以給予實際操作中的起重機指導防擺的理論依據(jù)。其次,基于橋式起重機線性化模型,應用傳統(tǒng)的PID控制方法對其進行控制器的設計。仿真結果表明,傳統(tǒng)PID控制針對線性化起重機模型具有良好的控制效果,但穩(wěn)定時間較長,對起重機負載系統(tǒng)的參數(shù)變化比較敏感、擺角較大、抑制擾動能力比較弱；而在實際工作過程中,由于起重機負載系統(tǒng)的非線性、繩長、風變等擾動的存在,很難精確建模,傳統(tǒng)PID控制具有一定的局限性。再者,針對傳統(tǒng)PID控制的局限性,考慮到橋式起重機系統(tǒng)的非線性、時變性、不確定性,結合滑模變結構具有控制算法簡單、魯棒性好、參數(shù)變化不敏感、容易實現(xiàn)等優(yōu)點,本文提出將分層滑�？刂茟糜谄鹬貦C這樣的欠驅動系統(tǒng),采用分層的思想對位移和擺角分別進行滑模面設計,然后再對整個系統(tǒng)進行總體滑模面設計,最終完成滑膜控制器的設計。對縮小后的起重機負載系統(tǒng)運用Matlab軟件進行仿真,仿真結果驗證了該控制方法的有效性。最后,對本文的研究內容進行了總結,并對未來的研究方向進行了展望。
[Abstract]:As a kind of modern handling machinery, crane is widely used in modern factory building, construction site and modern warehouse because of its advantages of convenience, time saving and labor saving, small area and so on. Container yard and other areas of national production. In the working process, the crane is connected with the load by flexible rope, with the change of the crane operation state. The load will swing back and forth because of the acceleration and deceleration of the trolley or cart, which will seriously affect the production efficiency. And the load swing brings safety hidden trouble to the aerial workers. The research of anti-swinging control is of great significance. This paper studies and designs the controller of crane anti-swing system from several aspects. First of all. In this paper, the working principle, working properties and Lagrange dynamic modeling mechanism of bridge crane are studied and analyzed. Lagrangian dynamic modeling is widely used in nonlinear underactuated systems such as bridge cranes, so Lagrangian three-dimensional dynamic modeling of bridge cranes is carried out. Aiming at the practical operation rule, the rule of linearization of the bridge crane model is put forward, and the obtained model is simulated to provide the theoretical basis for guiding the anti-swing of the crane in the actual operation. Secondly. Based on the linearization model of bridge crane, the traditional PID control method is used to design the controller. The simulation results show that the traditional PID control has good control effect for the linearized crane model. But the stability time is longer, the crane load system is sensitive to the parameter change, the swing angle is larger, and the ability of restraining disturbance is relatively weak. However, in the actual work process, because of the nonlinear, rope length, wind variation and other disturbances of crane load system, it is difficult to accurately model, the traditional PID control has some limitations. In view of the limitation of traditional PID control, considering the nonlinear, time-varying and uncertainty of the bridge crane system, the sliding mode variable structure has the advantages of simple control algorithm, good robustness and insensitive parameter change. In this paper, the layered sliding mode control is applied to the under-drive system such as crane, and the sliding mode surface of displacement and swing angle is designed by using the idea of stratification. Then the whole system is designed to complete the design of synovial controller. The reduced crane load system is simulated by Matlab software. Simulation results verify the effectiveness of the control method. Finally, the research content of this paper is summarized, and the future research direction is prospected.
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH215

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本文編號：1356550